橫磁電極封排滅弧室動觸頭焊接可靠性研究

李春香

（陜西寶光真空電器股份有限公司，陜西 寶雞721006）

1 問題的提出

在橫磁電極滅弧室的封排試驗階段對3只封排滅弧室進行解剖，然后觀察焊縫狀況，發現動觸頭與導電桿出現脫焊現象（圖1），其余焊縫均焊接良好。仔細觀察放置焊料的環槽，發現焊料已完全熔化，但觸頭焊接面沒有焊料潤濕的任何跡象。

圖1 動觸頭與導電桿脫焊

2 影響釬焊質量的因素

下面就影響釬焊質量的因素進行探討：

（1）工藝溫度：AgCu28釬料熔流點為779℃，合適的溫度既能保證焊料完全熔化，充分潤濕母材的表面并向母材擴散，實現焊縫的高可靠連接，又能防止焊料過分蒸散，影響連接的強度和氣密性。

（2）配合間隙：合適的接頭結構能保證恰當的配合間隙，從而充分利用液態焊料的毛細作用，使焊縫被完全填充。

（3）釬料放置：焊料放置合適，能使焊料填縫的路程最短，充分發揮重力和毛細作用，實現焊縫的可靠連接。

放置釬料的原則：1）盡可能利用釬料的重力作用和釬焊間隙的毛細作用來促進釬料填縫；2）保證釬料填縫時，間隙內的氣體有排出的通道；3）釬料要安放在不易潤濕或加熱中溫度較低的零件上；4）安放要牢靠，不致在釬焊過程中因意外干擾而錯位；5）應使釬料的填縫路程最短；6）防止對基材形成明顯的熔蝕或釬料的局部堆積，這點對薄件尤應注意。

3 成因分析

對于動觸頭與導電桿脫焊的原因，我們分析如下：動觸頭環槽內（1.2×1.2）放置的焊料熔化后必須克服液態焊料的表面張力才能向觸頭方向流動。如果液態焊料的重力小于其表面張力，或者重力雖然大于張力，但導電桿與觸頭焊接面之間的間隙過大，就會造成焊料無法潤濕觸頭的現象。

3.1 溫度

動靜觸頭在滅弧室中所處的位置存在差異。靜觸頭的升溫依靠爐絲的輻射和托盤的熱傳導作用，而動觸頭只能依靠熱輻射作用，因此對同一只滅弧室而言，在同一時刻動觸頭的溫度要比靜觸頭的溫度低，故動觸頭焊料雖然熔化，但無法克服液態焊料表面的張力，因此無法潤濕觸頭，導致動觸頭與導電桿脫焊。

3.2 配合間隙

設計釬焊接頭時，應考慮釬焊件的裝配定位和釬料的安置等。裝配時，裝配間隙要均勻、平整和適當。間隙太小，會影響釬料的滲入與潤濕，達不到全部焊合；間隙太大，則浪費釬料，且會降低釬焊接頭強度。一般釬焊接頭間隙取0.05～0.2mm。

X光檢測：從檢測結果看，動觸頭與導電桿釬焊處間隙0.4mm，間隙過大，導致脫焊。

觸頭與導電桿之間采用機械鉚接再釬焊的連接方式。對靜觸頭而言，鉚接的強度對間隙影響不大，間隙主要由靜觸頭的重力作用決定，因此靜觸頭與導電桿的間隙不存在任何問題。而動觸頭則不同，如果鉚接不良，在升溫過程中，由于熱膨脹和重力的作用，動觸頭會偏離原來的位置，從而使動觸頭與導電桿之間的間隙變大，導致焊料無法潤濕動觸頭部分或全部。

關于異質材料裝配間隙在釬焊溫度下是變大還是縮小，主要由被釬焊材料之間熱膨脹系數的差異決定。如果膨脹系數大的材料包圍著膨脹系數小的材料，在釬焊溫度下，原來的裝配間隙就會變大。如果膨脹系數小的材料包圍著膨脹系數大的材料，在釬焊溫度下，原來的裝配間隙就會變小。異種金屬材料軸類零件的裝配間隙在釬焊溫度下的變化量可以利用下列公式求得：

式中，ΔCD為間隙的變化量（mm）；D為接頭的正常直徑（mm）；ΔT為釬焊溫度與室溫之差（℃）；a1為內部零件的平均膨脹系數［mm／（mm·℃）］；a2為外部零件的平均膨脹系數［mm／（mm·℃）］。

如果計算結果為正值，表示釬焊間隙大于裝配間隙；得數為負值時，表示釬焊間隙小于裝配間隙。這樣，當間隙增大時，可選用推薦釬焊溫度的下限進行釬焊；反之減小時，可選用推薦釬焊溫度的上限進行釬焊。

導電桿與動觸頭孔配合的部分，在高溫作用下，由于無氧銅材在內，銅鉻材料在外，銅的熱膨脹系數小于銅鉻，所以間隙是減小的。經過計算，間隙的減小量大約在0.04mm，這么小的減小量在外圓上的摩擦力尚不能克服觸頭重力的作用。

鉚接力較小時，變形主要發生在導電桿?5的頂端和觸頭倒角的部分。這時相當于無氧銅材在外，而銅鉻材料在內，無氧銅材在高溫下的形變在長度方向比圓周方向要大得多，而觸頭變形量小，這時在重力的作用下觸頭會偏離原來的位置，導致導電桿端面與動觸頭的間隙變大，影響釬焊質量。

4 改進措施

4.1 結構改進

對導電桿釬焊部位采取局部鍍鎳、改進環槽結構將直角環槽改為圓角的方法，降低液態焊料的表面張力，增加流散性。

4.2 工藝改進

考慮到動靜觸頭的溫度存在差異，將二保溫度提高到818℃，從而降低液態焊料的表面張力，提高焊料在導電桿和動觸頭表面的流散性，保證了動觸頭與導電桿良好的焊接強度。

5 結語

通過實施以上改進措施，橫磁電極封排滅弧室生產正常，整管氣密性良好，X光檢測和破壞性抽樣檢查均未發現動觸頭脫焊的現象。

［1］張玉潔，趙麗華.真空滅弧室的一次封排工藝［J］.低壓電器，1999（3）.

［2］鄒增大.焊接材料、工藝及設備手冊［M］.北京：化學工業出版社，2001.

［3］張以忱.真空工程用焊接技術［J］.真空，2006（7）.

［4］王季梅.真空滅弧室設計及其應用［M］.西安：西安交通大學出版社，1993.

［5］中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊［M］.北京：機械工業出版社，2014.